Impresión 3D segura para alimentos:consejos de diseño, materiales y acabados

Durante la última década, las tecnologías de impresión 3D han crecido con mucha sofisticación, lo que permite la producción de piezas consistentes, duraderas e incluso complejas que están a la par con sus contrapartes de los métodos de fabricación tradicionales.

Un número cada vez mayor de industrias emplean la impresión 3D para su fabricación. Uno de ellos es la industria alimentaria, que emplea ampliamente la impresión 3D en muchas aplicaciones. Sin embargo, existen preocupaciones sobre la aplicación de la tecnología en la industria alimentaria debido a las estrictas normas que deben cumplirse en la fabricación de envases para alimentos, utensilios de cocina/cocina e incluso repuestos para el equipo de producción.

Factores a considerar para la impresión 3D segura para alimentos

La inocuidad de los alimentos implica que un artículo ha cumplido con los requisitos de uso previsto y no generará un peligro para la inocuidad de los alimentos. Las regulaciones alimentarias de la UE se aplican a todas las etapas de producción, procesamiento y distribución de alimentos y piensos. El Reglamento Europeo CE 1935/2004 proporciona las pautas para los materiales y objetos destinados al contacto con alimentos con el objetivo de prevenir la contaminación.

En general, hay tres factores a considerar para las piezas 3D aptas para alimentos:el diseño de la pieza, los materiales utilizados y los tratamientos posteriores al procesamiento.

Diseño de piezas apto para alimentos

Se debe tener en cuenta lo siguiente al diseñar las superficies del producto para que las piezas sean seguras para los alimentos:

• Socavaduras y grietas: La superficie debe estar diseñada con la eliminación completa de muescas o hendiduras en sus superficies. Cuando estas características no se puedan evitar en función de la función, debe haber un fácil acceso a estas áreas cuando se desmonte la pieza o el producto para permitir una limpieza adecuada.
• Bordes de filete: Los bordes deben tener filetes de mayor radio siempre que sea posible, y las esquinas deben estar bien redondeadas en lugar de afiladas.
• Robustez: Las piezas deben diseñarse teniendo en cuenta plenamente el entorno operativo, la aplicación prevista y las propiedades del material para garantizar que resistan las averías en servicio.

Materiales de impresión 3D aptos para alimentos

Muchos materiales aptos para alimentos se identifican a través de certificaciones apropiadas después de pruebas exhaustivas. Se sabe que algunos materiales, como el PETG y el PP, son intrínsecamente seguros para los alimentos. La aplicación también debe tenerse en cuenta al elegir un material. Por ejemplo, el PLA es apto para alimentos, pero se derretirá si se usa en aplicaciones calientes como tazas de té o lavavajillas.

A continuación, se incluyen algunas de las propiedades a tener en cuenta al elegir un material de impresión 3D apto para alimentos:

• No absorbente: A menudo se requiere un procesamiento posterior, como pulido o recubrimiento, para obtener una superficie no porosa.
• Resistencia al rayado/rayado: Los materiales elegidos deben ser resistentes a los arañazos y al desgaste.
• No imparte color ni sabor y no es tóxico: Todos los materiales aptos para alimentos deben ser inertes para los alimentos. Es preferible utilizar filamentos naturales sin colorantes añadidos. Siempre se debe utilizar la hoja de datos de seguridad del material (MSDS) de cualquier material antes de introducir el material.

Esterilización

La esterilización puede ser un paso adicional para hacer que los materiales aptos para alimentos sean aún más seguros. Se puede hacer a través de varios medios, como el calor, el uso de productos químicos, la irradiación, la alta presión y la filtración. Sin embargo, no todos los materiales se pueden esterilizar.

Los cinco tipos de esterilización cubiertos aquí son:

• Gas de óxido de etileno (EtO)
• Plasma gaseoso de peróxido de hidrógeno
• Radiación gamma
• Autoclave
• Autoclave flash

Materiales aptos para alimentos con tecnologías de impresión 3D adecuadas

Tecnología de impresión 3D	Materiales	Técnica de esterilización adecuada
SLS/MJF	Nailon PA 11 y Nailon PA 12	EtO, radiación gamma, plasma gaseoso y autoclave
SLS/MJF	Polipropileno	Autoclave
FDM	ABS M30	EtO, radiación gamma
FDM	PC-ISO	EtO, radiación gamma
FDM	ULTEM 1010 / ULTEM 9085	EtO, radiación gamma, autoclave
FDM	PETG	EtO
DLS de carbono	CE 221, EPX 82, RPU 70	Irradiación, EtO, radiación gamma, autoclave
DLS de carbono	FPU 50, EPU 40, SIL 30	Irradiación, radiación gamma
DMLS	Acero inoxidable 17.4 y Acero inoxidable 316L	EtO, radiación gamma, gas plasma, Autoclave
SLA	Silicona Verdadera	Irradiación, EtO, Autoclave

Proceso de impresión 3D apto para alimentos

Existen diferentes tecnologías de impresión 3D disponibles para diferentes materiales, ya sea plástico, flexible o metal. El proceso de impresión 3D involucra tanto la tecnología como los materiales de la impresora. Ambos deben tenerse en cuenta antes de elegir el proceso de impresión 3D adecuado.

Tecnología de impresión 3D

La impresión 3D de estereolitografía (SLA) produce piezas con la mayor resolución, precisión y el acabado superficial más suave entre todas las tecnologías de impresión 3D. SLA utiliza resinas, que no son aptas para alimentos. Se pueden usar recubrimientos para sellar las piezas después para evitar la acumulación de bacterias. Sin embargo, los recubrimientos se desgastan con el tiempo. La impresión SLA permite la impresión de cerámica, que se considera el material más seguro para los alimentos.

La peculiaridad de la impresión FDM deja grietas muy estrechas entre las capas. Sin embargo, esta tecnología de impresión no es conocida por producir superficies lisas. Para la seguridad alimentaria a largo plazo, las superficies de las piezas producidas por esta tecnología deben ser lisas. Todavía se puede aplicar posteriormente un recubrimiento apto para alimentos.

Para la impresión SLS y MJF, las piezas se pueden imprimir con un tipo de nailon PA 12 de calidad alimentaria para obtener piezas de muy alta calidad. De todos modos, los recubrimientos aptos para alimentos son muy recomendables para evitar la porosidad de las piezas.

material de impresora 3D

Los materiales de impresora 3D inseguros, es decir, los materiales a partir de los cuales se fabrica la impresora 3D, pueden dar lugar a piezas contaminadas incluso cuando se utilizan materiales certificados como aptos para alimentos. Es importante que todas las partes de la impresora directamente involucradas en la impresión estén certificadas como aptas para alimentos.

Para las impresoras FDM, las boquillas de latón pueden contener plomo, lo que contamina la parte impresa. Reemplazar estas boquillas con acero inoxidable hace que sea más seguro imprimir. Por lo tanto, es importante que los materiales de la impresora se evalúen minuciosamente para garantizar que sean seguros para los alimentos antes de imprimir cualquier pieza con ellos.

Tratamientos posteriores al procesamiento seguros para los alimentos

Como se discutió anteriormente, muchas piezas impresas en 3D requieren tratamientos posteriores al procesamiento antes de que puedan considerarse seguras para los alimentos. Los procesos de acabado y recubrimiento se pueden aplicar a las piezas impresas en 3D para lograr una superficie lisa sin grietas ni huecos.

Acabado

Estos incluyen procesos destinados a producir superficies lisas y uniformes. Existen diferentes procesos de acabado, que pueden ser tanto mecánicos como químicos. Los siguientes son procesos de acabado que se pueden utilizar:

• Pulido con tambor: Para las piezas que contienen un alto porcentaje de polvo metálico mezclado, el pulido es una forma efectiva de pulir. La suavidad de las impresiones metálicas se puede aumentar exponencialmente en solo una hora de pulido. Los resultados mejoran con un pulido más prolongado
• Suavizado de vapor: Este método es rápido y eficaz. El tipo de vapor utilizado depende del material de la pieza impresa. Este proceso se puede automatizar fácilmente. Sin embargo, en algunos casos, puede disminuir la resistencia de las piezas impresas
• Lijado: Esta es una de las formas más simples de suavizar. Implica el uso de papel de lija. Esto puede eliminar la mayoría de las imperfecciones y ocultar las líneas de la capa. Como el lijado se basa en la fricción, el calor generado podría deformar las piezas. Por lo tanto, es preferible el lijado en húmedo
• Mecanizado: Este proceso es aún más popular con los metales que con los plásticos. Sin embargo, a menudo no son económicos y poco prácticos para piezas con paredes delgadas.

Revestimientos

El uso de recubrimientos es una forma efectiva de lograr superficies lisas. El recubrimiento en forma de selladores también sella materiales no calificados, como las resinas utilizadas en la impresión SLA. Los recubrimientos comúnmente utilizados son los epoxis. Dado que el revestimiento aumenta el grosor de la pieza, debe tenerse en cuenta al diseñar la pieza.

Conclusión

La impresión 3D en la industria alimentaria puede reducir el costo y el tiempo necesarios para llevar los productos al mercado. Sin embargo, la seguridad alimentaria es primordial para las piezas del producto. Si bien la mayoría de las impresoras 3D no producen las superficies lisas necesarias, los procesos posteriores pueden mejorar la suavidad de las piezas. La aplicación de recubrimientos en las piezas es la mejor manera de lograr una superficie lisa y también crear un sello entre la pieza y el alimento.

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